★Внедряване на много{0}}етапен процес на леене под налягане
Теорията на много{0}}етапното леене под налягане
По време на инжектиранетона разтопена пластмаса в кухината на формата, стопилката е подложена на сложни термодинамични и флуидни динамични сили. Както е показано на фигурата, описва характеристиките на потока на стопилката при четири различни скорости на инжектиране. Фигура (a) показва моделите на змиевиден поток или феномена на "струйно изтичане", който възниква по време на високо-скоростно леене под налягане; Фигура (b) показва състоянието на потока при средно-висока скорост на впръскване, където явлението "струйно изхвърляне" в затвора е намалено, като по същество се доближава до състояние на "разпространяващ се поток"; Фигура (c) показва състоянието на потока при средно-ниска скорост на впръскване, където стопилката обикновено не предизвиква феномен на "струйно изтичане" и стопилката може да запълни матрицата с ниска-скорост, стабилен "разпространяващ се поток"; Фигура (d) показва ниско{6}}скоростно леене под налягане, което може да доведе до затруднения или дори неуспех при пълнене на формата поради прекалено бавната скорост на пълнене.
Обикновено екстензионният поток от полимерни стопилки при модела на екстензионния поток също протича в три етапа: началният етап, при който фронтът на стопилката показва радиален поток, докато преминава през портата; междинният етап, където фронтът на стопилката е дъгообразен-под действието на налягането на инжектиране; и последния етап на равномерен поток с вискоеластична стопилка, действаща като водещ ръб.
Характеристиките на потока на стопилката в началния етап са, че стопилката, изтичаща от затвора, притежава определена кинетична енергия под действието на налягането на впръскване и скоростта на впръскване. Големината на тази кинетична енергия (в този момент тя току-що е навлязла в кухината на формата и не се влияе от никакво съпротивление на потока) влияе върху характеристиките на радиалния поток и обема на дифузия на фронта на стопилката. Когато тази сила е особено силна, може да възникне феномен на "джет"; когато кинетичната енергия на тази сила е подходяща, стопилката тече равномерно във всички посоки от източника, което води до по-добро състояние на дифузия.
С напредването на началния етап стопилката бързо ще се разпространи и ще възникнат два феномена, когато тя влезе в контакт със стената на кухината на формата: a) посоката на потока се променя поради силите, упражнявани от стената на кухината на матрицата; b) съпротивлението на потока се генерира поради ефектите на охлаждане и триене на стената на кухината на формата, което води до разлики в скоростта на потока на стопилката в различни точки. Тази характеристика на потока се проявява като неравномерни скорости на потока в различни точки на стопилката, с най-висока скорост на потока в ядрото на стопилката и потокът на материала на водещия ръб, показващ дъгообразна форма; едновременно, потокът във всяка точка създава неравномерно съпротивление и ограничение, а съпротивлението на потока има тенденция да се увеличава с увеличаване на разстоянието на потока.
В третия етап разтопеният материал бързо се влива в кухината на формата, като вискоеластичната стопилка действа като фронт на потока. Във втория и третия етап на леене под налягане, кинетичната енергия, генерирана от налягането на впръскване и скоростта на впръскване, е основният фактор, влияещ върху характеристиките на пълнене на формата. Фигурата показва процеса на разширяване на потока и разпределението на скоростта. Инжекционно формованите части се предлагат в различни форми и на фигурата е показан само един модел. Характеристиките на потока, загубата на енергия по време на процеса на пълнене на формата и формата на продукта са тясно свързани и различните пластмаси имат различни характеристики на потока.
1. Ниско-температурна форма; 2. Студено-втвърден пластмаса; 3. Посока на потока на стопилката; 4. Разпределение на скоростта при ниска{6}}температурна форма.
Идеалното състояние на потока на разтопения материал в кухината на формата
Както бе споменато по-горе, характеристиките на равномерния разширяващ се поток и началните етапи на изтичане на пластмасова стопилка от затвора не трябва да проявяват явления, подобни на "струйни" или струйни характеристики. Това изисква стопилката да не притежава прекалено висока кинетична енергия в началните етапи на потока към портата (прекомерната кинетична енергия може да доведе до струи и змиевидни модели); в средния-етап на пълнене на формата, разширяващият се поток трябва да има достатъчна кинетична енергия, за да преодолее съпротивлението на потока и да постигне равномерно състояние на разширение; в последния етап на пълнене на матрицата е необходима вискоеластична стопилка, за да запълни матрицата бързо, преодолявайки нарастващото съпротивление на потока с увеличаване на разстоянието на потока и постигайки предварително определена равномерна и постоянна скорост на потока. Въз основа на реологични принципи, това идеално състояние на течливост може да доведе до шприцовани-продукти с превъзходни физични и механични свойства, да елиминира вътрешното напрежение и ориентацията в продукта, да елиминира следите от потъване и повърхностните линии на течливост и да увеличи равномерността на повърхностния блясък на продукта.
Внедряване на много-етапен процес на инжектиране
Много{0}}етапното шприцоване по същество включва контролиране на различни скорости на шприцване в момента, в който пластмасовата стопилка запълва кухината на формата, което позволява на пластмасовата стопилка да достигне почти-идеалното състояние по време на процеса на пълнене. Този идеален процес на пълнене не въвежда дефекти в качеството на пластмасовия продукт, нито генерира напрежение или сили на ориентация. Обикновено процесът на леене под налягане завършва в рамките на няколко секунди до десетки секунди, а много{4}}етапният процес на леене под налягане изисква трансформиране на процеса на пълнене в непрекъсната последователност от различни състояния на пълнене, контролирани от различни скорости на шприцване в рамките на този кратък период от време.
Съгласно петте -етапни изисквания на действителния много-етапен процес на инжектиране се прилагат различни инжекционни обеми и кинетичната енергия на стопилката трябва да бъде осигурена от машината за леене под налягане. Настоящите машини за шприцване вече могат да постигнат сегментиран или дори много{3}}сегментен контрол на шприцването, както е показано на фигурата.
Както е показано на фигурата по-горе, може да се постигне пет{0}}сегментен контрол на инжектиране, като всеки сегмент има различен обем на инжектиране. Инжекционният обем, контролиран от хода, е:
- Където ΩLnе инжекционният обем;
- Lnе ходът на впръскване;
- D е диаметърът на винта на машината за леене под налягане;
- p е плътността на пластмасата.
Следователно във всеки сегмент могат да се използват различни скорости и налягания на впръскване, за да се постигне желаната кинетична енергия на стопения материал по време на този етап. Всеки сегмент съответства на определена зона (n-зона) в кухината на формата. Въпреки че кинетичната енергия на потока се променя поради влиянието на литниковата система, промяната в обемния дебит трябва да бъде минимална.
В реалното производство скоростта на шприцване на машините за леене под налягане, които постигат много{0}}етапно шприцване, се контролира на няколко етапа. Обикновено процесът на шприцване може да бъде разделен на три или четири зони, както е показано на диаграмата, и всяка зона може да бъде настроена със собствена подходяща скорост на шприцване, за да се постигне много-етапно шприцване. Понастоящем някои машини за леене под налягане също имат функции за много-етапно предварително-пластифициране и много-етапно задържане под налягане.
Крива на процеса на много{0}}етапно леене под налягане
Въпреки че много{0}}етапното леене под налягане описва състоянието на разтопения материал по време на пълнене на формата, контролът му се осъществява от машината за леене под налягане. От гледна точка на принципа на управление на машината за леене под налягане, може да се използва връзката между скоростта на впръскване (налягане на впръскване) и хода на подаване на шнека. Фигурата показва типична крива за много-етапен процес на леене под налягане, при който различни налягания и скорости на впръскване се прилагат към различни количества материал по време на процеса на впръскване.
1–5 - 5 различни скорости на впръскване
Предимства на много{0}}етапното леене под налягане
При леенето под налягане високо{0}}скоростното и ниско{1}}скоростното инжектиране имат своите предимства и недостатъци. Опитът показва, че високо{3}}скоростното впръскване обикновено има следните предимства: по-кратко време на впръскване; увеличено разстояние на потока; подобрено покритие на повърхността на продукта; повишена здравина на заваръчните линии; и предотвратяване на деформация при охлаждане. Ниско{5}}скоростното впръскване, от друга страна, обикновено има следните предимства: ефективно предотвратяване на светкавицата; предотвратяване на следи от течение; предотвратяване на проблеми с вентилацията на мухъл; предотвратяване на улавяне на въздух; и предотвратяване на деформация на молекулярната ориентация.
Много{0}}етапното шприцоване съчетава предимствата на високо-скоростното и ниско-скоростното шприцоване, за да отговори на изискванията на все по-сложните геометрии на пластмасовите продукти и драстичните промени в напречните-сечения на каналите и кухините на формата. Той може също така ефективно да елиминира дефекти като следи от инжектиране, свиване, мехурчета, заваръчни линии и следи от изгаряне по време на процеса на формоване.
Процесът на много-етапно шприцоване преодолява традиционния метод на шприцване и задържане под налягане, органично комбинирайки предимствата на високо-скоростната и ниско-скоростната инжекционна обработка. Чрез прилагане на много-етапно управление по време на процеса на шприцване могат да бъдат преодолени много дефекти в формованите под налягане части. Например, фигурата показва метод, който използва инжектиране с ниска-скорост в началото на процеса на шприцване, инжектиране с висока-скорост по време на пълнене на кухината на формата и след това инжектиране с ниска-скорост отново в края на пълненето. Чрез контрол и регулиране на скоростта на впръскване могат да бъдат предотвратени и подобрени различни нежелани явления като неравности, следи от струя, сребристи ивици или следи от изгаряне.
a-d: четири различни скорости на впръскване
Практическият опит показва, че контролирането на налягането на маслото, скоростта на впръскване, позицията на винта и скоростта на винта на машината за шприцване чрез програмен контрол на много-нива може до голяма степен да подобри дефектите във външния вид на-отлятите под налягане продукти, като свиване, изкривяване и изглаждане.